專業認證背景下對《建筑環境學》教學的思考

楊 暉＊王立鑫 王 闖

（北京建筑大學<環境與能源工程學院>建筑熱能工程系，中國 北京100044）

1 工程教育專業認證的背景

高等工程教育對我國改革開放后形成獨立完整的工業體系，并成為全球制造業大國發揮了不可替代的作用。伴隨工業化進程，我國也形成了世界上最大規模的工程教育體系。為助力中國進一步融入世界、成為制造業強國，2006年，教育部啟動了工程教育專業認證試點工作，2016年6月，中國加入《華盛頓協議》，成為第18個正式成員國。這意味著今后凡通過中國工程教育專業認證協會認證的中國大陸工程專業本科學位，將得到美、英、澳等所有該協議正式成員的承認。

隨著互聯網和信息化技術對人類社會深刻的影響，2013年漢諾威工業博覽會上德國人提出了所謂工業4.0（Industry 4.0）的概念，標志著工業化進程進入智能化時代[1]。隨即中國政府在2015年5月也正式發布了《中國制造2025》，拉開了實施制造強國戰略的序幕[2]。2017年，教育部啟動實施了“新工科”建設，通過“復旦共識”“天大行動”“北京指南”等文件加快發展新興工科專業的步伐。工程教育專業認證的目的也是為了引導工程專業教育更好地服務于制造業轉型升級的國家發展需求。

工程教育認證相關文件[工程教育認證通用標準（2018版）、工程教育認證通用標準解讀及使用指南（2020版，試行）及工程教育認證專業類補充標準（2020年修訂）]要求高等工程教育以學生為主體、具有明確的培養目標定位、由畢業要求支撐培養目標、圍繞畢業要求組織課程體系、有完善的持續改進機制、師資配備和辦學條件能夠滿足完成專業培養要求。其目的是培養能夠適應社會文化融合、科學技術快速發展變化需求的專業化人才，同時為成就每個學生的職業和人生奠定良好的基礎。適應快速變化，勢必要求學生具有寬廣的理論基礎，為學生職業生涯中適應專業的交叉融合發展奠定基礎。同時，現代產業專業化分工協作的現實又要求學生經過專業學習后必須掌握本專業基本的理論體系和知識架構。在寬廣和專業化之間尋求平衡的必然結果就是重基礎、重實踐、重解決問題能力的培養，同時舍棄過多知識點課堂講授的教育模式。借用行業內一位教育大家的話：“學校教給學生的是理論和思考的根、專業的小樹干、主要分枝和少量葉片，重要的是培養學生自己從土壤中吸取養分、長出更多樹葉、成長為參天大樹的能力。”這里根就是基本的理論體系，樹干和主要分枝就構成了本專業基本的知識架構，而樹葉就是一個個小的知識點。希望學生自己吸取養分成長，則要求培養學生具有終身學習的意識、獨立學習和探索問題的能力，這與“授人以魚不如授人以漁”的教育理念不謀而合。

2019年6月，住房和城鄉建設部高等教育建筑環境與能源應用工程專業評估委員會發布了《全國高等學校建筑環境與能源應用工程專業評估（認證）文件》，對標《華盛頓協議》注重的“學生中心”“產出導向”“持續改進”三大理念和中國工程教育認證標準，要求參加認證的學校從“學生”“培養目標”“畢業要求”“持續改進”“課程體系”“師資隊伍”和“支持條件”七方面說明建環專業建設與評估標準的符合程度，總結辦學經驗與專業教育特色，對存在的主要問題提出改進措施。

2 我校“建筑環境與能源應用工程”專業認證準備工作

北京建筑大學“建筑環境與能源應用工程專業”（以下簡稱“建環專業”）于1977年開始招收“供熱通風與空調工程”專業本科學生，1978年開始招收“城市燃氣工程”專業本科學生，1988年“供熱通風與空調工程”專業通過全國高等教育專業評估，成為最早通過專業評估的本科院校之一。1999年，教育部調整本科專業目錄，將“供熱通風與空調工程”專業和“城市燃氣工程”專業合并調整為“建筑環境與設備工程”專業，2012年，又將專業名稱調整為“建筑環境與能源應用工程”，我校建環專業都作了適時調整，并分別在2005年，通過了教育部本科專業教育評估，2010年和2015年又先后通過專業評估復評。我校建環專業是北京市和國家級特色專業建設點，2019年獲批為國家一流專業建設點。為了使得專業建設能夠適應新形勢下高質量人才培養的要求，我校也啟動了認證準備工作。

基于學校“服務首都城市戰略定位、服務國家城鎮科學發展、服務人類和諧宜居福祉”的辦學定位，我校建環專業確定的培養目標為：“培養適應我國新時代中國特色社會主義現代化建設需要，具備良好的自然科學與人文社會素養，具備計算機、外語應用能力和國際視野，掌握建筑環境與能源應用工程專業的基礎理論和專業技能，獲得工程師基本訓練并具有設計創新能力的復合型工程技術人才。”為支撐該目標，細化了認證所規定的十二方面畢業要求，即“知識、問題分析、設計（開發）解決方案、研究、使用現代工具、工程與社會、環境和可持續發展、職業規范、個人和團隊、溝通、項目管理和終身學習”，依據畢業要求修訂了培養方案，構建了課程體系對畢業要求的支撐矩陣，確定了每門課程在支撐矩陣中的權重。從畢業要求可以非常明確地看出：掌握必要的專業知識遠非工程教育的目的，培養具有解決工程實際問題能力、具備科學精神與人文社會職業素養、能夠終身學習、身心健康的專業化的“人”，才是工程教育的內在邏輯。

在專業認證的新背景下，如何更好地建設建環專業，成為擺在我們每位教師面前的一道題目，值得審慎思考并在自己的日常教學中加以實踐。

3 《建筑環境學》課程從知識傳授向能力培養轉型的實踐

《建筑環境學》是建環專業特有的主干基礎課，其最鮮明的特點是知識面廣、學科交叉和涉及前沿，研究對象是建筑環境系統，內容不僅涉及自然科學，還涉及心理學、生理學、勞動衛生學等與“人”密切相關的學科，很多是學科領域的研究熱點。《建筑環境學》教學目標不僅要使學生掌握建筑環境基本概念、構成要素及理論研究方法，還要讓學生理解人體對環境的反應并非是簡單的機械反應，生理、心理、文化、社會等各方面因素都會影響人對環境的要求和感受。

根據課程的特點，確定了《建筑環境學》在課程體系矩陣中重點支撐畢業要求中的“問題分析”“研究”和“環境和可持續發展”。作為專業課程的選修課，通過教師的知識傳授幫助學生開始“認識世界”（即建筑環境的構成要素），通過學生的親身實踐而具備獨立“認識世界”的能力，為專業課程學習“改造世界”（即創造建筑微環境）奠定基礎，也為今后的職業生涯中能夠發現并解決復雜工程問題打下基礎。《建筑環境學》課程內容中建筑熱濕環境、室內空氣質量、建筑聲環境、建筑光環境的評價都需要同時考慮客觀物理參數及人的主觀感受，要求學生不僅要了解營造舒適、健康、滿足功能要求的建筑環境技術標準，也要知道建環專業從業者肩負著建筑節能的社會責任、要關注環境對人的影響以及人對環境的需求。課程教學過程既是向學生傳播“環境和可持續發展”理念的過程，也是社會人文情懷和專業文化素養的培養過程。

我校《建筑環境學》課程通過課程實驗、創新型大作業、實踐周逐層遞進培養學生實踐能力。課程實驗包括建筑外環境和聲環境兩個實驗，學生采用規定的測試儀器、在教師指導下開展實驗，記錄并分析實驗數據。這種傳統的實驗模式能夠使所有學生都掌握特定的實驗方法，具備一定的實驗技能。創新型大作業借鑒了清華大學朱穎心教授主講的《建筑環境學》國家級精品課程的教學方法，要求學生在課外完成一個開放式的大作業。最初幾年學生所做的大作業多為文獻調研，后來逐漸演變為引導學生在生活中發現建筑環境的相關問題，利用課本上的知識分析問題、采用科學實驗和調研驗證所學知識。經過近二十年的實踐，我校學生《建筑環境學》大作業的水平逐步提高。大部分學生通過完成大作業得到了從提出問題、探索解決方法、嘗試解決方案到最終得到結論的全過程鍛煉，部分學習主動性高的學生還通過完成整理大作業成果在核心期刊、國際會議和一般學術期刊發表了論文[4-6]。為了提高大作業質量，我們壓縮了部分課堂知識講授的時間用于跟學生一起討論大作業選題、實驗方案及實驗數據整理，同學們通過課堂展示和交流討論，達到了互相學習的目的。我校《建筑環境學》課程也形成了圍繞創新性大作業、“以點帶面”帶動學生學習的課程特色，實踐著從知識傳授向能力培養的轉型，受到學生的歡迎。

至2020年，我校建環專業《建筑環境學》課程都是第五學期開設，因此，學生的大作業研究只能采集到秋冬季的實驗數據，很難完成一個完整的研究工作。例如，有些同學研究“建筑光環境”或者“不同朝向對室溫的影響”，缺乏春夏季的實驗數據，很難驗證太陽高度角變化對建筑環境的影響。再比如，有些同學覺得“城市下墊面對建筑外微環境的影響”是個不錯的選題，但不能測試夏季草木繁盛時的數據，不免有些遺憾。另外，在一學期的時間內同時完成理論課學習和大作業的實驗工作，對于大多數同學來說很難得到比較理想的研究成果表達。

因此，在制訂2014級建環專業培養方案時，第六學期增加了“建筑環境學”實踐周，便于學生補充春夏季的實驗數據，同時系統學習科技論文寫作過程，能夠將自己的成果用更專業的成果表達形式呈現出來。最初實踐周是集中安排在第1教學周，經過一輪嘗試之后發現效果不佳。從2019年開始，實踐周分散安排在一學期的課外時間中而不占用教學周，學生反而有了更從容的時間閱讀文獻、完善實驗、理解消化教師的意見，成果表達也更加規范。學生積極性很高，常常會提出令我們意外的想法，實踐周近幾年都成為我校學生評教排名前20%的實踐環節。

2020年春季學期由于疫情，學生無法開展更多的實驗，但我們并沒有取消實踐周環節，而是通過在線教學引導學生用選修課《建筑熱環境模擬技術與應用》中學到的DeST,Design Builder等軟件模擬分析自己所研究的內容，有些同學做了很好的嘗試，親身實踐了采用實驗和數值模擬這兩種不同的研究方法解決問題。實踐周作為《建筑環境學》課程的延伸，很好地支撐了“研究”的畢業要求。每個班實踐周的成果我們會集結為一冊《論文集》，在畢業季將電子版發給同學們留作紀念。他們的作品也許稚嫩或有很多錯誤，但這是他們在專業領域探索自己未知世界的開始。十年、二十年之后，當他們有所成就時，萬一有一天看到自己當年的“大作”，也許會有會心的一笑。

在一流專業建設及準備專業認證過程中，接受了督導專家的意見，在修訂2020級培養計劃時將《建筑環境學》課程及實踐周提前至第四、第五學期，讓學生更早地開始思考專業問題并獨立開展研究工作，期待這對于培養他們的專業好奇心和主動探索解決方案起到引導作用。

4 云班課在《建筑環境學》課程教學中扮演的角色

為了騰出2～3次課堂講授時間用于大作業研討，基于《建筑環境學》知識點多的特點，2016年，我們嘗試以“云班課”為載體，將一部分知識點講解做成微課便于同學課外自學，自此開始利用云班課輔助課堂教學的探索，并于2019/2020學年第一學期在學校申請云班課教研立項。云課程建設的目標是：整合學習資源、學習平臺和學習服務，利用云課堂在線靈活的特點，為學生利用課外碎片化時間學習《建筑環境學》知識提供服務；為教師隨時解答學生問題、全過程指導《建筑環境學》大作業提供平臺；為實現以學生為中心、教師為主導的教學目標，提高課堂教學學生的參與度創造條件。

2019/2020學年第一學期，暖17-1，2班67位同學全部加入了《建筑環境學》云課堂。為了隨時考察學生的學習狀況、幫助學生復習鞏固所學內容、吸引學生的注意力，先后在云班課開展了簽到、測試、頭腦風暴、討論答疑、作業/小組任務等多種活動，學生參與度都在80%以上，如圖1所示。除五位降級或受到警示的同學外，其余同學對云班課資源學習的參與度達到97%。利用答疑/討論功能隨時回答同學關于大作業的問題，實現了全程指導學生完成大作業；利用作業/小組任務功能要求學生提交大作業選題和成果匯報PPT，配合完成了研討及互動的課堂設計；利用測試活動功能對部分章節的學習進行考核，起到了全過程督導、了解學生學習效果的作用。利用消息功能，隨時將對課程的要求、分班互動課程安排、考試通知等信息傳遞給學生。為了強化全過程考核，將云班課經驗值納入課程總評成績（見圖2，圖3）。對于學習積極主動的學生，平時給予個別輔導，不僅每堂課后答疑，而且隨時通過個別討論、微信、云班課私信等方式討論學生遇到的問題。同時，也能夠及時發現哪些學生學習懈怠、出勤率低，并通過多種途徑及時提醒、警示。

通過課程總評成績分析發現：盡管總評成績基本呈正態分布，但不及格學生數為8人，優秀（＞90分）學生數為0人。不及格8人中，5位是提前警示過的同學，2人期末考試缺考并降級，另有3人云班課經驗值不及格。全年級沒有成績優秀的同學主要是因為期末考試成績偏低，這反映出試卷題目有一定難度、需要加強難點講解；另一方面學生不夠重視，需要在以后的教學中加以強調，云班課詳盡的數據分析為課程的持續改進提供了依據。盡管存在不足之處，大部分學生對“建筑環境學”課程的講授、教學組織及自身的學習狀況還是比較滿意的，2019/2020學年第一學期《建筑環境學》學生評教結果位于全學院普通課排名前10%。未來我們還希望嘗試引導學生課外提前學習清華大學的《建筑環境學》慕課，以便于有更多的課堂時間用于組織學生參與度高的問題討論或難點解析，實現部分課堂翻轉。

圖1 云班課各類活動的參與度

圖2 課程總評成績的構成

圖3 云班課經驗值中的各項權重

5 結語

在工程教育專業認證背景下，《建筑環境學》作為建環專業特有的主干基礎課，在課程體系矩陣中承擔著重點支撐“問題分析”“研究”和“環境和可持續發展”的畢業要求。作為任課教師，我們不僅需要從課程出發考慮知識傳遞，更需要站在服務于國家制造業轉型升級需求的高度考慮如何通過課程教學培養具有應變能力和自然科學與人文社會素養、身心健康的工程技術人才。通過對于專業認證文件的學習理解、參與專業認證申請文件的準備工作，北京建筑大學《建筑環境學》課程教學團隊對于各教學環節怎樣體現專業培養目標、支撐畢業要求、服務人才培養定位進行了認真的梳理，總結了通過創新性大作業“以點帶面”實現從知識傳授向能力培養轉型、通過實踐周培養學生探索專業問題的好奇心和規范的專業表達能力、通過云班課輔助教學的實踐，期望這些思考、總結以及數據分析能夠有助于課程教學質量的持續改進。